Linux操作系统——进程介绍

3.1进程介绍

1、程序和进程

程序是一个普通文件，是机器代码指令和数据的集合，这些指令和数据存储在磁盘上的一个可执行映像中。可以认为进程是运行中的程序，除了包含程序中的所有内容外，还包含一些额外的数据。进程代表程序的执行过程，是一个动态的实体，随着程序中指令的执行而不断地变化。在某个时刻进程的内容被称为进程映像。

进程是由文本段Text、用户数据段和系统数据段共同组成的一个执行环境。

（1）文本段：存放被执行的机器指令。这个段只读，允许系统中正在运行的两个或多个进程之间能够共享这一代码。

（2）用户数据段：存放进程在执行时直接进行操作的所有数据，包括进程使用的全局变量在内。这里包含的信息可以被改变。虽然进程之间可以共享文本段，但是每个进程需要有它自己的专用用户数据段。

（3）系统数据段：存放程序的运行环境。

在Linux系统中使用ps命令来查看当前系统中的进程和进程的一些相关信息。例如ps -e

2、进程的层次结构

在Linux中，通过调用fork系统调用创建一个新的进程。新创建的子进程也能执行fork，所以，有可能形成一棵完整的进程树。注意，每个进程只有一个父进程，但可以有0个、1个、2个或多个子进程。

init 进程是系统中唯一一个没有父进程的进程，它是系统中的第一个进程，其他进程都是由init进程或init进程的子进程产生的。

在Linux系统中用pstree命令来查看系统中进程的树状结构；也可用ps命令来显示进程的树状结构，例如ps -elH

3、进程状态

最基本的进程状态有如下三种：

1、运行态：进程占有CPU，并在CPU上运行。

2、就绪态：进程已经具备运行条件，但由于CPU忙而暂时不能运行。

3、阻塞态：进程因等待某种事件的发生而暂时不能运行（即使CPU空闲，进程也不可运行）。

进程在生命周期内处于且仅处于三种基本状态之一，这三种状态之间有以下4中可能的转换关系。

（1）运行态——>阻塞态：进程发现它不能运行下去时发生这种转换。这是因为进程发生IO请求或等待某件事情。

（2）运行态——>就绪态：在系统认为运行进程占用CPU的时间已经过长，决定让其他进程占用CPU时发生这种转换。由调度程序引起的。调度程序是操作系统的一部分，进程甚至感觉不到它的存在。

（3）就绪态——>运行态：运行进程已经用完分给它的CPU时间，调度程序从处于就绪态的进程中选择一个投入运行。

（4）阻塞态——>就绪态：当一个进程等待的一个外部事件发生时，发生这种转换。如果这时没有其他进程运行，则从就绪态转换为运行态，该进程便开始运行。

4、进程举例

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

void do_something(long t)
{
    int i = 0;

    for(i = 0; i < t; i++)
        for(i = 0; i < t; i++)
            for(i = 0; i < t; i++)
                ;
}

int main(void)
{
    pid_t pid;

    // 此时仅有一个进程
    printf("PID before fork(): %d\n", getpid());
    pid = fork();

    // 此时已经有两个进程在同时运行
    pid_t npid = getpid();
    if(pid < 0)
        perror("fork error\n");
    else if(pid == 0){ // 表示子进程
        while(1){
            printf("I am child process, PID is %d\n", npid);
            do_something(10000000);
        }
        
    }else if(pid > 0){ // 表示父进程
        while(1){
            printf("I am parent process, PID is %d\n", npid);
            do_something(10000000);
        }
    }

    return 0;
}